Hoofdstuk 3 Stofkringlopen Flashcards
Wat is de drijvende kracht achter snelle circulatie van elementen?
Energie uit bijvoorbeeld zonnestraling.
Welke 5 elementen in de biosfeer zijn onder deel van de snelle elementkringlopen?
Waterstof (H), zuurstof (O), koolstof (C), stikstof (N) en zwavel (S)
Hoe worden langzaam circulerende elementen beschikbaar gesteld voor de biosfeer?
Door geotektonische processen komen minerale elementen na afzetting op de oceaanbodem weer beschikbaar voor de biosfeer.
Is de samenstelling van de snelle stoffen kringloop altijd hetzelfde geweest?
Nee, deze heeft in de loop van miljoenen jaren flinke veranderingen doorgemaakt. Mede door een verandering in soorten samenstelling van de aanwezige levende organismen.
Waarom is biodiversiteit belangrijk voor een stabiel klimaat?
Deze is cruciaal voor het instant houden van de snelle stoffen kringloop en hiermee het duurzaam functioneren van de biosfeer.
Sommige soorten kunnen de sleutel soorten van morgen zijn, wat wordt hiermee bedoeld?
Potentiele adaptatie is belangrijk voor het behoud van een goed functionerende biosfeer, soorten die een minder belangrijke rol vandaag spelen kunnen onder veranderen omstandigheden een cruciale rol hebben.
Wat verstaan we onder life support functies?
Alle biotische en abiotische processen die nodig zijn om het leven op aarde te laten functioneren.
Wat zijn ecosysteem diensten?
Goederen en diensten die ecosystemen leveren ten behoeve van de mens.
Biochemische processen (stofstromen) hebben een eenduidig of cyclisch karakter?
Deze hebben een cyclisch karakter.
Regenwouden bezitten een grote capaciteit om nutriënten vast te houden, wat is hier een belangrijk gevolg van?
Het stelt het regenwoud instaat om een hoge productie aan biomassa te handhaven.
Wat de grote biodiversiteit in regenwouden verklaart.
Welke elementen worden omschreven als macro nutriënten?
Waterstof (H), zuurstof (O), koolstof (C), stikstof (N), fosfor (P) en zwavel (S)
Noem een aantal micro nutriënten die deel nemen aan (bio) chemische kringlopen
Fe (ijzer), Mn (Mangaan), Ca (calcium) en Si (Silicium)
Wat zijn de voornaamste compartimenten als we het hebben over elementkringlopen?
Het land, de aardkorst, de oceaan en de atmosfeer.
Wat verstaan we onder een reservoir binnen een compartiment?
De hoeveelheid van een element bevattende verbinding in een compartiment.
Bijvoorbeeld, CO2 een koolstof reservoir in de atmosfeer vormt.
Wat is een flux binnen een elementen reservoir?
De verandering (toename of afname) van de hoeveelheid element bevattende verbinding.
De gemiddelde tijd dat een element in een reservoir spendeert noemen we de:
Verblijftijd.
Wat houdt een steady-state van een reservoir in?
Een situatie waarbij de instroom even groot is als de uitstroom.
Leg uit waarom levende wezens een belangrijke rol spelen in de stoffen kringlopen.
Door omzettingen in bijvoorbeeld metabolisme en fotosynthese (beide redox reacties) worden stoffen omgezet en blijven zo cyclisch in omloop.
Welke vorm van gereduceerd CO2 wordt vastgelegd tijdens fotosynthese?
C6H12O6 (glucose)
Heeft de kringloop van gesteente invloed op de stoffenkringloop? Leg uit.
Ja, door verwering worden mineralen beschikbaar gesteld aan chemische processen. Het merendeel van deze mineralen wordt getransporteerd en vormt vormt sedimentatie, meestal op de bodem van de zee, waarna het na lange tijd door gebergte vorming weer omhoog komt.
Welke transport variaties zijn er voor mineralen binnen de biosfeer?
Water (rivieren, verdamping), ijs (gletsjers) en wind (zand- en stofstormen).
Een beperkte rol wordt ook vervuld door vulkaanuitbarstingen.
1/3 deel van de neerslag op het land wordt direct via oppervlakkige afstromingen en grondwaterstromingen terug naar zee geleid. Waar gaat het andere 2/3 deel heen?
Dit komt door verdamping en door opname en transpiratie door de vegetatie opnieuw in de hydrologische cyclus boven land.
Wat is het oplosmiddel voor nutriënten en stofwisselingsproducten.
Water.
Welke biologische processen zijn voor waterstof en zuurstof het belangrijkste in de stoffenkringloop?
Fotosynthese en aerobe ademhaling.
Welke organismen spelen de belangrijkste rol in de vorming van H2O uit O2
Micro-organismen.
Op wat voor manier vormen de essentiële elementen een cycli met elkaar?
Ze vormen stabiele gasvormige verbindingen die onderhevig zijn aan atmosferische circulatie.
Wat zijn voorbeelden van microbiële vorming van gasvormige producten.
CO2 (koolstofdioxide) CH4 (Methaan) N2 (Distikstof) N2O (Distikstofmonoxide) H2S (Waterstofsulfide)
Onder aerobe omstandigheden fungeert O2 als terminale elektronen acceptor voor de energie leverende processen van aerobe ademhaling. Welke stoffen fungeren als terminale elektronen acceptoren bij anoxische omstandigheden?
Nitraat (NO3-)
Sulfaat
Koolstofdioxide (CO2)
Waarom spelen juist micro organismen zo een belangrijke rol in de cycli van elementen?
Dit komt door hun grote verspreiding, metabole veelzijdigheid, flexibiliteit en relatief hoge metabolisme.
Waarom is koolstof het belangrijkste element in de biosfeer?
Het maakt bijna de helft uit van alle droge biomassa. (organische stof)
De drie belangrijkste ‘vaste’ koolstofverbindingen zijn…
Calciet (CaCO3)
Dolomiet (CaMg(CO3)2)
Organisch materiaal (CH2O)
Benoem een aantal koolstof houdende gassen.
CO2 (het voornaamste koolstof houdende gas)
CO (koolstofmonoxide)
CH4 (methaan)
CO2 lost op in water, welke 3 verbindingen komen hier uit voort?
Koolzuur (H2CO3)
Bicarbonaat
Carbonaat
Is er meer koolstof opgeslagen in levend organisch materiaal of in dood organisch materiaal?
In dood organisch materiaal.
Koolstof sinks zorgen ervoor dat koolstof voor kortere of langere tijd aan de elementen cyclus worden onttrokken. Depositie van calciumcarbonaat is hier een voorbeeld van, leg uit waarom.
CaCO3 van biologische oorsprong, zoals kalkskeletten van eencelligen, koralen en weekdieren, hopen zich op als sediment. Dit vormt na een lang proces kalksteen waar koolstof in opgeslagen zit.
Hoe lang zou het duren voor alle CO2 in de atmosfeer zou zijn opgebruikt door fotosynthese als we de nieuwe aanvoer van CO2 negeren.
Ongeveer 10 jaar.
Door de afbraak van organisch materiaal door bacterien en schimmels wordt CO2 weer terug in de koolstof cyclus gebracht, hoeveel procent dragen deze organismen bij?
90%
We kunnen de korte koolstof kringloop het beste definiëren als de uitwisseling van koolstof tussen de….
Atmosfeer, biosfeer en hydrosfeer
Welke twee voedingsstoffen moeten in de directe omgeving aanwezig zijn om fotosynthese mogelijk te maken?
Nitraten en fosfaten.
Wat houdt de term humus in?
Ontbonden organisch materiaal dat vooral gebaseerd is op koolstof.
Welke factoren zijn afhankelijk voor de accumulatie van humus in bijvoorbeeld een veenbodem.
Een hoog vochtgehalte, een laag zuurstofgehalte, en hoge concentraties (organische) zuren
Wat is de fotische zone in de oceaan?
De zone in oppervlakte water waar fotosynthese kan plaats vinden.
Wordt tijdens fotosynthese meer fosfor (P) of stikstof (N) gebruikt?
Stikstof (N) respectievelijk 16 atomen N tegen 1 atoom P
Is nitraat of fosfaat de beperkende factor voor fotosynthese in oceanen? Geldt dit ook voor op land?
In de oceanen is dit nitraat.
Op land fosfaat.
Waarom is het herstel van het regenwoud na ontbossing zeer moeizaam of al dan niet onmogelijk.
Omdat veel van de nutriënten waaronder koolstof opgeslagen zitten in de biomassa van het regenwoud en bij ontbossing de nutriënten verdwijnen.
Meer dan 99% van de organische koolstof zit opgesloten in:
bitumineuze leisteen. (getransformeerde resten plankton)
Waar zitten de nutriënten in een gematigd bos opgeslagen na de herfst? (als er geen bladeren aan de bomen zitten)
Veelal in de bodem door verrottingsprocessen en een gedeelte spoelt weg via rivieren naar de zee.
Een groot gedeelte van de fotosynthetisch gefixeerde koolstof komt via mineralisatie weer snel terug in de atmosfeer, waar of niet waar?
Waar.
Wanneer vind opslag van (organisch) koolstof in sediment plaats?
Wanneer er weinig of geen oxidatie kan plaats vinden.
Door bijvoorbeeld de ophoping van organisch materiaal, en de afsluiting ervan door bedekkend sediment, een zuurstofarme bodem.
Waar zijn de opgeloste gassen in de oceaan ongeveer in evenwicht met deze in de atmosfeer?
De bovenste waterkolom (300 meter) van de oceaan.
Co2 lost op in de fotische zone van de oceaan waarbij koolzuur (H2CO3) wordt gevormd, tot wat dissocieert (gedeeltelijk) koolzuur de 1ste keer en de 2de keer.
H+ ionen en bicarbonaat dat vervolgens verder dissocieert tot H+ ionen en carbonaationen.
Beschrijf de term ‘fecal pellets’ ook wel marine snow geheten en waar dit door veroorzaakt word.
Dierlijke organismen consumeren fytoplankton. Zij kunnen echt niet al het koolstof verteren dat voorkomt in dit organisch materiaal en lozen dit als fecal pellets die naar de bodem zakken.
Bereiken alle fecal pellets uitgescheiden door dierlijke vertering de oceaanbodem? En wat gebeurt als dit de bodem bereikt?
Nee, deze wordt gedeeltelijk weer geconsumeerd door andere organismen die de koolstofverbindingen wel verder kunnen oxideren. Uiteindelijk bereikt het de bodem waarna een groot gedeelte weer wordt geoxideerd door O2 de rest verdwijnt in sediment.
Komt alleen CO2 vrij bij de afbraak van het vastgelegde koolstof in de oceaan door organismen?
Nee ook P en N nutriënten komen weer vrij wat een snelle recycling van voedingstoffen en CO2 bevordert in de bovenste waterlagen van de oceaan.
Wat houdt de CCD in (Calcite Compensation Depth)?
Plaatsen waar de oceaan zo diep is dat er geen calciet meer doordringt tot de bodem.
Hoe kunnen we CO2 meten van laatste 160 000 jaar en wat zijn de uitslagen?
Uit ingesloten luchtbelletjes in het poolijs.
Wat zijn de oorzaken van de CO2 stijging sinds de industriële revolutie?
Verbranding van fossielen brandstoffen, de omschakeling van natuurlijke ecosystemen naar landbouwgronden en bebouwde zones.
Welke gevolgen kan een toename van het CO2 gehalte hebben?
Een temperatuursverhoging van enkele graden, neerslagpatronen wisselen en zelfs verschuivingen in mondiale oceaanstromingen teweeg brengen.
Wat waren de voornaamste oorzaken van CO2 schommelingen in het verleden?
Met name geologische processen maar ook de algemene verspreiding van vaatplanten tijdens het Carboon en Perm zorgde voor een sterke daling in CO2 gehaltes.
Er is een seizoen fluctuatie van de CO2 gehaltes waardoor komt dit? Leg uit.
Tijdens het groeiseizoen van fotosynthiserende organismen onttrekken deze veel CO2 aan de atmosfeer, in de winter en herfst vinden er juist veel rottingsprocessen plaats waardoor CO2 wordt afgegeven aan de atmosfeer.
Hoe kan koolstof dat deel neemt aan de lange kringloop weer beschikbaar worden gesteld voor de korte koolstofkringloop?
Door vulkanisme, opheffing en verwering van sedimentaire gesteente.
Waarom is stikstof belangrijk voor organismen?
En noem de twee belangrijkste gebonden vormen voor organismen.
Het is een belangrijk element als bestandsdeel van aminozuren, de bouwsteen van eiwitten en nucleotiden.
Ammonium (NH+4) en nitraat (NO-3).
Wat zijn stikstof reservoirs?
De atmosfeer, vulkanisch en sedimentair gesteente, anorganische stikstofzouten en organisch gebonden stikstof (zoals humus).
Wat is de verblijftijd van stikstof (N2) in de atmosfeer?
1,6*10 tot de macht 7 jaar.
Noem een aantal anorganische stikstofzouten.
Ammonium, nitraat en nitriet.
Wat is de relatie tussen stikstof en landbouw?
Grote hoeveelheden stikstof worden door landbouw aan de grond onttrokken, vaak meer dan biologische processen aanvoeren. Hierdoor vormt zich een tekort dat aangevuld wordt door stikstofhoudende meststoffen.
Het proces waarbij moleculaire stikstof terug naar de atmosfeer wordt gestuurd noemen we?
Denitrificatie
Wat is nitrificatie?
De omzetting van ammonium via nitriet naar nitraat.
Welke processen in de stikstofkringloop worden uitsluitend uitgevoerd door micro-organismen?
Stikstoffixatie, denitrificatie en nitrificatie.
Dieren leven van planten of andere dieren en nemen stikstof dus in een gereduceerde vorm in, tot wat wordt het overmaat aan stikstof verwerkt?
Ureum, urinezuur en andere excretieproducten die door micro-organismen worden gemineraliseerd.
Wat houdt de term, ammonificatie in?
Het proces waarbij stikstof dat in biomassa is vastgelegd, wordt gemineraliseerd waarbij het vrijkomt in de vorm van NH3 of NH+4 en beschikbaar is voor assimilatieprocessen en nitrificatie.
Wat is de centrale verbinding in de biologische stikstof cyclus?
Ammonium (NH+4)
Volgens welke term kan ammoniak tijdelijk in de atmosfeer belanden?
Vervluchtiging.
Waarom is nitrificatie in de bodem een belangrijk proces in voornamelijk kleigronden?
Omdat nitrificatie een ladingsverschil met zich meebrengt waardoor de negatief geladen ionen, nitraat en nitriet, zich niet binden aan de negatief geladen kleideeltjes en hierdoor vrij in de bodem kunnen bewegen.
Wat gemakkelijke uitspoeling tot het grondwater tot gevolg heeft.
Waarom is nitrificatie gevoelig voor verstoringen? En wat kunnen deze verstoringen tot gevolg hebben?
Omdat slecht een klein gedeelte aan micro-organismen betrokken is bij nitrificatie. De tweede stap de omzetting van nitriet naar nitraat is het gevoeligst.
Bij verstoringen kan dan ook accumulatie van nitriet optreden.
Wanneer treed nitrificatie op? Van welk gebied naar gebied?
Vanuit anoxische bodemdelen of vanuit waterbodems wordt ammoniak afgegeven aan aangrenzende oxische milieus waarin chemotrofe organismen voorkomen die ammonium als energiebron en elektronendonor gebruiken.
Wat houdt nitraat ademhaling in?
Ook wel genaamd dissimilatoire nitraatreductie.
Het gebruik van nitraat als terminale elektronen acceptor bij de mineralisatie van organisch materiaal door chemo-organotroof organismen, onder de afwezigheid van zuurstof.
Tot welke verbindingen wordt nitraat gereduceerd bij dissimilatoire nitraatreductie?
Nitriet, NO, N2O of N2.
Wat houd het proces denitrifcatie in?
Het proces van omzettingen die leiden tot de gasvormige eindproducten NO, N2O of N2.
Waar komt denitrifactie voor?
Dit proces treed op aan de grensvlakken tussen het oxisch en anoxisch milieu in de toplaag van sedimenten van nitraat rijke wateren.
In de bodem is dit afhankelijk van het waterregime.
Hoeveel procent van de totale stikstof fixatie berust op biologische processen?
80%.
15% door industriële processen.
Wat is de belangrijkste manier van industriële stikstofbinding?
De ammoniaksynthese uit stikstof en waterstof.
Waarom zijn in symbiont levende bacteriën belangrijker bij het proces van stikstoffixatie dan vrijlevende bacteriën?
Omdat in symbiont levende bacteriën kwantitatief meer stikstof kunnen fixeren dan vrij levende bacteriën.
Waar komt het overgrote deel van de stikstof behoeft voor primaire producenten vandaan?
De afbraak van organisch materiaal.
Welke rol spelen bacteriën bij stikstoffixatie?
Verschillende groepen bacteriën kunnen moleculaire stikstof uit de atmosfeer vastleggen in anorganische verbindingen als ammonium, die vervolgens opneembaar zijn door planten vanuit de bodem.
Wat veroorzaakt eutrofiëring? En wat is eutrofiëring?
Eutrofiëring wordt veroorzaakt door een hoge nitraat concentratie.
Eutrofiëring is een overmaat aan voedingstoffen.
Op wat voor manier komt stikstof in het milieu bij overmatige bemesting binnen de landbouw?
Door vervluchtiging en denitrificatie komt het in de atmosfeer, door uitspoeling komt het terecht in het oppervlakte water en eventueel zelfs het grondwater.
Wat zijn de voornaamste antropogene verstoringsbronnen binnen de stikstofcyclus?
Intensive veehouderij, emissies van verbrandingsmotoren, de verwerking van organisch afval, landbouw processen en de verbranding van fossiele brandstoffen.
Waarom veroorzaakt eutrofiëring massale vissterfte?
Door een overmatige algengroei (algenbloei) zal er veel zuurstof aan het water onttrokken worden door de ademhaling van de algen (dit verbruikt veel zuurstof).
Hier komt bij dat bij de sterfte van de algen er veel zuurstof wordt verbruikt bij het afbreken van organisch materiaal.
Wat is de aangegeven vorm van nitraat in drinkwater in mg per liter.
50mg per liter.
Hoeveel procent van de totale droge biomassa bestaat uit zwavel (S)?
1%
Wat is de taak van disulfidebruggen in een organisme?
Deze hebben een belangrijke waarde in de ruimtelijke structuur van het eiwit en daarmee de activiteit ervan.
Waar bevindt zwavel zich in biomassa?
Het is aanwezig in belangrijke groeifactoren (thiamine, biotine) en de belangrijke zwavelhoudende aminozuren cysteïne en methionine.
Wat is geen belangrijk zwavelreservoir, waar deze voor stikstof wel belangrijk is.
De atmosfeer, zwavel heeft hier een zeer korte verblijftijd.
Wat zijn de belangrijkste zwavelreservoirs die we kunnen onderscheiden?
De oceaan, aardkorst (lithosfeer).
Is de voorraad zwavel in de oceanen of in de aardkorst belangrijker voor de biosfeer?
De voorraad in de aardkorst is groter echter speelt deze inde cyclus maar een relatief geringe rol, de oceanen nemen hierbij een voornamere plek in beslag.
In welke mineralen komt zwavel het meeste voor in de aardkorst?
Calciumsulfaat (CaSO4) en pyriet (FeS2)
Waarom is de verblijftijd van zwavel zo kort in de atmosfeer?
SO2 en SO3 lossen snel op in water en zullen hierdoor snel aan de atmosfeer onttrokken worden door droge of natte depositie.
Tot welke verbinding word SO2 geoxideerd?
En SO3?
SO2 oxideert tot H2SO3
En SO3 oxideert tot H2SO4
Beide zijn goed in water oplosbaar.
Waarom bevat de oceaan een relatief grote voorraad aan sulfaatconcentraties?
Omdat hier bacterien en algen talloze vluchtige zwavelverbindingen vormen, zoals dimethylsulfide ((CH3)2S) dat ontstaat bij de afbraak van het aminozuur mehionine uit de resten van plantaardige biomassa.
Wat houdt assimilatoire sulfaat reductie in? En waar komt dit voor?
Zwavel wordt opgenomen inde vorm van sulfaat en gereduceerd tot dulfide (HS-) dat wordt ingebouwd in de sulfhydrylgroepen van cysteïnes.
Dit komt voor in planten en de meeste micro-organismen.
Wat is er nodig voor assimilatoire sulfaatreductie binnen een organisme?
ATP (energie) en (NADH) reducerend vermogen.
Wat is cysteïne?
Cysteïne is, net als methionine, een van de twee natuurlijke aminozuren die zwavel bevatten
Waarom kan H2S (waterstofsulfide) veelal niet direct gebruikt worden voor assimilatieprocessen door micro-organismen?
Door de hoge toxiciteit van deze verbinding.
Wat houdt desulfering in?
Het vrijkomen van zwavel tijdens de mineralisatie van dood organisch materiaal veelal in de vorm van H2S (waterstofsulfide).
Hoe nemen dieren zwavel op?
Uit planten of andere dieren in de vorm van aminozuren en andere vormen van organisch gebonden (gereduceerd) zwavel.
Microbiologische oxidatie vindt plaats onder oxische en anoxische omstandigheden. Welke organismen zijn verantwoordelijk voor het oxische proces? En welke voor de anoxische?
Onder oxische omstandigheden zijn dit, kleurloze zwavelbacterien. Onder anoxische omstandigheden fototrofe bacteriën.
Onder aanwezigheid van zuurstof wordt sulfide door kleurloze zwavel bacteriën geoxideerd. Wat gebeurt er bij dit proces?
Sulfaat wordt geoxideerd waarbij de gereduceerde zwavelverbinding als energiebron wordt gebruikt.
Waar worden de kleurloze zwavel bacteriën veelal aangetroffen?
Op de grensvlakken van anoxische sedimenten, en de zuurstofhoudende waterfase.
Zwavel kan ook geoxideerd worden onder anoxische omstandigheden door fototrofe bacteriën, hoe gaat dit in zijn werk?
Sulfide is hierbij de elektronendonor bij anoxigene fotosynthese en levert elektronen om atmosferische CO2 te reduceren en vast te leggen in nieuwe biomassa.
Als wat fungeert sulfaat bij dissimilatoire sulfaatreductie?
Als de terminale elektronenacceptor.
Wat is de hypolimnion?
De koude onderlaag die in de zomer in diepe meren kan ontstaan.
Sulfaatreductie en daarmee de vorming van gasvormig H2S komt vooral voor in:
Anoxische sedimenten, oppervlakte water dat belast is met organisch afval, het hypolimnion van gestratificeerde meren en in met water verzadigen bodems.
Waarom zijn sulfaat aerosolen een grote zorg voor de temperatuur op aarde?
Omdat ze zeer effectief zijn in het terugkaatsen van zonlicht verlagen ze de temperatuur in de troposfeer. Ook treden ze indirect op als condensatiekernen voor wolken die op hun beurt invallende staling tegenhouden.
Sulfaat kan grote gevolgen hebben in verschillende ecosystemen, wat is veelal het gevolg?
Verzuring van de bodem, het water en aantasting van gebouwen.
